JPS629919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、楽音シンセサイザに関するものであ
り、更に詳しく云うとデジタル型楽音発生器用の
ノイズ（雑音）発生器に関する。

アナログ回路又はデジタル回路により電子的に
楽音を発生させることは周知である。従来の楽器
の音を複製しようとする場合、単に“ノイズ”と
してのみ特徴づけられている音を楽音に重畳させ
ることが望ましいことがある。そのように付加さ
れたノイズは、従来のオルガンのオルガンパイプ
のように風で作動する楽器或いは他の型の管楽器
のエアノイズ、シユーという音（無声摩擦子音）
又は気息音特性を擬制するように導入される。先
行技術のデジタル型オルガンにおいては、雑音性
の風気吹き込みオルガンパイプを模倣した楽音
は、周波数変調技術によつて生成されていた。こ
れは、楽音データをアドレスするのに用いる周波
数ナンバーに固定した定数を加算するか又は減算
することによつて行なわれてきた。また代りの方
法としては、Ｄ−Ａ変換器からのアナログ出力信
号の基準電圧にノイズを加算し、振幅変調ノイズ
を生成するという方法もとられてきた。何組かの
高調波係数を用いるアルゴリズム（算法）を有す
る計算により楽音波形を計算する型のデジタル楽
音発生器において、ノイズのような楽音が発生さ
れてきた。しかし、その結果生じる音色効果の制
御は容易ではない。高調波係数が任意形式で変化
される場合には、非常に広範なスペクトルを有す
るノイズが発生され、そのノイズは、発生される
基本楽音を実質的に消滅させてしまうような効果
を有する。

“複音シンセサイザ”と題する1975年８月11日
付係属中の米国出願第603776号（特願昭51−
93519）において、主データリストが計算され主
レジスタに記憶されるデジタル型楽音発生器が記
載されている。主データリストは、楽音の１サイ
クル（又はその一部）の波形を規定する一連の点
の振幅をあらわす一連のデジタル値から成る。主
データリストは、発生する楽音のピツチ又は基本
周波数によつて決定される速度で主レジスタから
音調シフトレジスタへ音調シフトレジスタからＤ
−Ａ変換器へ転送される。ピツチは、主データリ
スト中の振幅値とは無関係に制御されるので、音
調シフトレジスタに記憶されている任意のナンバ
ー組も、データが音調シフトレジスタからシフト
される速度によつて決定される制御された基本周
波数をもつ楽音を発生させる。従つて、音調シフ
トレジスタ中のナンバーに対して何をしたかには
関係なく、ノイズの如き音をもたない楽音が発生
されるが、これは基本周波数が常に存在するから
である。そのようなシステムでノイズの如き楽音
を発生させるためには、音調シフトレジスタに記
憶されたナンバーが任意形式で時間とともに変化
する必要がある。本発明は、音調シフトレジスタ
中に楽音変化データ（tone variant data）を得
るために、時間の関数として主データセツト
（組）を変化させるための配置を提供する。これ
は、簡単に述べると、主データリスト中のデジタ
ル語を変更するため右シフト、２の補数回路又は
その他の回路などの乱数発生手段、および乱数発
生器に応答し、主データリスト中の選択された１
個のデジタル値をＤ−Ａ変換器に転送する前に変
更するようにランダム時間に前記変更手段を作動
せしめる論理手段、を具えることによつて達成さ
れる。

本発明の好ましい実施例は、上記の係属中の米
国出願第603776号（特願昭51−93519）に記載し
た型の複音シンセサイザの改良として記述されて
おり、こゝに参考のため組入れられている。複音
シンセサイザは、鍵盤スイツチ検出・割当回路１
４を具えており、その回路は、米国特許第
4022098号に詳細に記載されているように、標準
的な楽器鍵盤上の１個又はそれ以上の鍵の動作に
応答して、作動される特定の鍵に関する情報を記
憶し、複数の楽音発生器のうちの１つをその鍵に
割当てる。鍵が検出され割当てられると、実行制
御回路１６は、発生される楽音の波形の１サイク
ル（又は1/2サイクル）を規定する一連の点の振
幅に対応する主データリストを計算するように計
算サイクルを開始する。この計算は、フーリエ解
析により結合して波形を規定する全高調波の振幅
の総和を含む。各高調波の波形の振幅値は、正弦
波関数表２４からの一連の正弦波関数値に、高調
波係数メモリ２７中の選択された高調波係数を乗
算器３０を用いて掛算して計算される。１サイク
ル当り64の点（1/2サイクル当り32の点）の振幅
値が計算され、主レジスタ３４に記憶される。こ
のプロセスは、高次の各高調波についてくり返さ
れ、連続する各高調波に対する振幅値は、加算器
３３によつて主レジスタ３４中の値に加算され
る。実行制御回路１６は、上記出願に詳細に記載
されている方法により正弦波関数表２４および高
調波係数メモリ２７をアドレスするための正弦波
アドレスカウンタおよび高調波アドレスカウンタ
を具えている。

計算サイクルの終りにおいて主データリスト
は、発生する波形の１サイクルを規定する、等間
隔におかれた64のデータ点の振幅に対応する64ワ
ードよりなる主レジスタ３４に記憶される。計算
動作は、主クロツク１５によつて制御される比較
的速いクロツク速度で行なわれる。主クロツクパ
ルスは、計算動作中にクロツクセレクト回路４２
を経て主レジスタ３４へ加えられ、主レジスタ３
４のシフト動作を高調波係数メモリ２７の正弦波
関数表２４のアドレス指定および乗算器３０、加
算器３３の動作とを同期させるようにする。

計算サイクルの終りにおいてクロツクセレクト
回路４２は、実行制御回路１６の動作の下で、音
調クロツク３７からのパルスを選択する。音調ク
ロツク３７は、電圧制御発振器であり、この発振
器は割当てられた楽音発生器の一部分であつて、
鍵盤上の鍵の動作によつて選択される楽音のピツ
チ又は基本周波数の正確に64倍の周波数をもつ。
音調クロツク３７からのクロツクパルスもまた音
調シフトレジスタ３５へ加えられるが、このレジ
スタ３５もまた割当てられた楽音発生器の一部分
である。計算サイクルの終りにおいて、主レジス
タ３４中の主データリストは、音調クロツク３７
からのクロツクパルスによつて決定される速度で
音調シフトレジスタ３５へシフトされる。主デー
タリストがひとたび音調シフトレジスタ３５へ転
送されると、実行制御回路１６は、主レジスタ３
４中に新しい主データリストを作成するため、新
しい計算サイクルを開始できる。計算サイクルの
終りにおいて新しい主データリストは、鍵盤上の
１個又はそれ以上の鍵が押鍵されたかどうかによ
つて、同一楽音発生器の音調シフトレジスタ３５
へ転送されてもよいし、或いは別の楽音発生器の
音調シフトレジスタ（図示されていない）へ転送
されてもよい。

発生される楽音の波形を規定する主データリス
トがひとたび音調シフトレジスタ３５に転送され
ると、主データリストは一度に１ワードづつＤ−
Ａ変換器４７へ転送される。同時に、主データリ
スト中のワードは、音調シフトレジスタ３５中で
再循環する。主データリスト中の各ワードは、Ｄ
−Ａ変換器４７の出力において対応するアナログ
電圧に変換される。従つて、連続するデータは、
Ｄ−Ａ変換器４７の出力における電圧に変換され
る。Ｄ−Ａ変換器４７の出力におけるアナログ電
圧は、そのアナログ電圧を対応する音に変換する
ために音響システム１１へ印加される。アナログ
信号の基本周波数は、音調クロツク３７の周波数
によつて決定される。音調クロツク３７の周波数
を変更するだけで、同一波形ではあるが基本周波
数の異なる同じ楽音を発生させることができる。
主データリスト中のデータによつてあらわされる
振幅値がどうであろうとそれには関係なく、これ
らのデータが制御された周波数でＤ−Ａ変換器４
７へ転送される限りは、同一ピツチをもつた音が
音響システム１１によつて発生することが判るで
あろう。データ点の相対的振幅を変えることの唯
一の効果は、その音の音質を変えることである。
耳は、常に基本周波数を聞きとるので、出力は常
に音楽的な音質（musical quality）を有し、ラ
ンダムノイズのような音を発生しない。

本発明によると、主データリストの選択された
データを時間の関数として変更することによつ
て、発生された音にノイズを重畳することができ
るが、それらのデータは、無作為的に変更するよ
うに選択される。これは、ランダム２進信号発生
器２０１を具えることによつて、第１図の回路配
置において達成される。ランダム２進信号発生器
２０１は、２値０又は１を有する一連の２進化信
号を発生させる。ランダム２進信号発生器２０１
の出力は、右シフト回路２０２に印加され、それ
は、更に主レジスタ３４から読出される主データ
リストのデータを受信する。右シフト回路２０２
は、各語の２進ビツトを右へ１つの桁位置だけシ
フトさせるように動作し、最上位のビツトを１か
ら０へ変え、すべての下位のビツトを、主レジス
タ３４から受信するデータの次の上位のビツトの
値に変更する。この型の右シフト回路２０２は、
デジタルコンピユータ技術においては周知であ
る。

右シフト回路２０２は、ランダム２進信号発生
器２０１からの２つの２進値のうちの１つ、例え
ば１に応答して作動される。もし、２進値のうち
の他方、例えば０をランダム２進信号発生器２０
１から受信する場合には、右シフト回路２０２は
右シフトを行なわず、変更されないデータを主レ
ジスタ３４から音調シフトレジスタ３５へ転送す
る。この配置により主データリストにおいて無作
為的に選択されたデータは、それらが音調シフト
レジスタ３５に転送されるとき、右シフトによつ
て変更される。その後の計算サイクルに続いて、
主データリストは、主レジスタ３４から右シフト
回路２０２を経て音調シフトレジスタ３５へ再び
転送されるが、ランダム２進信号発生器２０１の
無作為特性のため、この転送が行なわれる度毎に
主データリスト中の異つたデータが変更のため選
択される。かくして、音調シフトレジスタ３５に
記憶されるデータは、Ｄ−Ａ変換器４７へ転送さ
れる前に、無作為的に選択される方法で連続的に
変更される。その結果生じる可聴楽音は、音調ク
ロツク３７によつて固定されるような基本周波数
をまだ保持しているが、基本楽音（basic tone）
上に重畳されるノイズとして聞かれる無作為的方
法で高次高調波内容（upper harmonic
content）に変化する。主レジスタ３４中の主デ
ータリストは最初は簡単な正弦波、鋸歯状波又は
複合音などの通常のどんな波形にも規定してよい
ことは注目すべきである。第２図は、主レジスタ
３４に記憶された正弦波形が無作為的に選ばれた
データの右シフトによつて変更されると仮定した
場合の波形のプロツトを示す。ノイズのような信
号は、プロツトされた波形の中で容易に識別され
る。波形の各サイクルのスペクトルが示されてい
る。いづれの場合にも、基本波は最も強い成分と
して保持されており、音楽的ピツチを確立する一
方、より高次の成分は、所望のノイズの如き効果
を与えるように相対的な累乗（power）を変化す
る。

第３図のブロツク図を参照するに、第１図の右
シフト回路２０２の代りに２の補数回路２０３が
用いられている点を除くと、第１図に示すものと
実質的に同じである別の実施例が開示されてい
る。従つて、主レジスタ３４から音調シフトレジ
スタ３５へ転送されるデータは、ランダム２進信
号発生器２０１によつて決定されるランダム時間
にデータの２の補数に変更される。ランダム２進
信号発生器２０１が動作する周波数は、若し、所
望ならば音調クロツク３７と同期されてもよいけ
れども、音調クロツク３７の周波数と同一である
必要はないことは注目すべきことである。

第４図は、第３図の回路に対する20回の連続的
データ転送、およびそれに伴うスペクトルを示
す。主レジスタ３４中の主データリストは、基本
周波数における簡単な正弦波に対応する。第４図
の波形から判るように、ランダムな(2)の補数デー
タ転送は、広帯域ノイズの如きスペクトルをもつ
楽音をつくり出す。

第５図を参照するに、無作為的に主レジスタ３
４中の主データリストから２つのデータのうちの
いづれかを選ぶようにランダム２進信号発生器２
０１が用いられる更に別の実施例が示されてい
る。データセレクト回路２０４は、主レジスタ３
４の出力上の現在のデータ或いは、通常はすぐ次
の音調クロツクパルスにより主レジスタ３４から
シフトされる次のデータを選択するように動作す
る。２つの出力は、主レジスタ３４中の２つの右
方向データ記憶位置から取り出されて、データＮ
およびＮ−１は同時にデータセレクト回路２０４
へ与えられる。ランダム２進信号発生器２０１に
よつて与えられる信号に応答して、データセレク
ト回路２０４は、主レジスタ３４中のＮにおける
現在のデータ或いはＮ−１におけるそのすぐ次の
データを所定のクロツク時間に音調シフトレジス
タ３５に転送されるようにする。その結果は、一
種の位相変調と考えられよう。

第６図は、第５図に示されるシステムによつて
発生した20個の波形およびそれに伴うスペクトル
を示す。主レジスタ３４中にあるデータは、基本
周波数における簡単な正弦波に対応する。基本の
楽音信号に著しい変化を生ずることなしにノイズ
の如きバツクグラウンドが発生されることは明ら
かである。可聴効果（audible effect）は、基本
楽音に重畳されるシユーという音（無声摩擦子
音）を発生させることであり、かくしてかなりの
程度オルガンパイプ、又はそれに類似した楽器の
特性を擬制する。

第１図、第３図、第５図にそれぞれ示した配置
は、主レジスタ３４と音調シフトレジスタ３５と
の間の転送期間中に発生する選択されたデータの
変更を示すが、その変更は主レジスタ３４又は音
調シフトレジスタ３５の何れかの再循環ループに
おいて行なわれ得るということが理解されるであ
ろう。

前述の各配置は、無作為的選択に基づいて主デ
ータリスト中のデータを変更することによつてノ
イズを導入する。選択されたデータを変更する方
法を示す３個の例が示されているが、本発明はこ
れらの特定の例に限定されるものではない。選択
されたデータの変更の程度により、波形に導入さ
れるノイズひづみの量が決定されるということは
波形図から明らかである。またランダム２進信号
発生器２０１の周波数も、本発明によつて導入さ
れるノイズひづみの程度に影響を与えるであろ
う。何となれば、これは、変更のため選択される
主データリスト中のデータのナンバーを決定する
からである。

第５図の配置は、次の隣接の語ではなく主デー
タリスト中の他のデータの置換を与えるように拡
張されることができる。この概念の拡張は、第７
図に示されているが、そこでは、主データリスト
中のいかなるデータでも、無作為的に音調シフト
レジスタ３５への転送時に、別のデータに置換で
きる配置が示されている。このことは、主レジス
タ３４中のすべてのデータ記憶位置を個々にアド
レス可能にすることによつて達成される。従つ
て、動作の転送段階の期間中は、主レジスタ３４
は、シフトレジスタというよりは寧ろランダムア
クセスメモリとして動作する。ランダムアドレス
発生器２０５は、音調クロツク３７と同期してア
ドレスを生成し、各アドレスは、ゲート２０６を
介してメモリアドレスデコーダ２０７へ送られ、
そのメモリアドレスデコーダ２０７の出力は、主
レジスタ３４中に記憶された主データリスト中の
データをアドレスする。従つて、転送動作中の任
意の所定音調クロツクタイムにおいても、主レジ
スタ３４中の主データリストを構成するデータの
うちのどれでもがアドレスされ、音調シフトレジ
スタ３５への入力へ転送されうる。第８図は、第
７図に示すシステムにおける20回のデータ転送と
それに対応するスペクトルを示す。主レジスタ３
４に存在するデータは、基本周波数における簡単
な正弦波に対応する。広帯域ノイズの如き信号
は、原の正弦波データセツトから生成されること
は明らかである。前述の配置の各々において、主
データリストに対する簡単な正弦波を用いること
によつて主データリストの計算は著しく簡単にな
り、その結果主データリストの計算時間が大幅に
節約されることに注目すべきである。計算時間の
速度におけるこの利得は、時間とともに変化する
効果を導入する上で有利である。

以下本発明の実施の態様を列記する。

１ シフトレジスタと、各デジタル値を主データ
リストからシフトレジスタへ転送するための右
シフト回路を含む手段と、発生する楽音のピツ
チ周波数に比例する速度でクロツク信号を発生
させるためのクロツク手段と、上記クロツク信
号によつて作動される前記転送手段とを更に具
える特許請求の範囲第２項記載の装置。

２ シフトレジスタと、各デジタル値を主データ
リストからシフトレジスタへ転送するための２
の補数回路を含む手段と、発生する楽音のピツ
チ周波数に比例する速度でクロツク信号を発生
させるための手段と、上記クロツク信号によつ
て作動される前記転送手段を更に具える特許請
求の範囲第３項記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概略的ブロツク図で
ある。第２図は正弦波信号を限定する主データリ
ストのランダム右シフトの波形およびスペクトル
である。第３図は本発明の別の実施例の概略的ブ
ロツク図である。第４図は正弦波信号を限定する
主データリスト中の選択された語のランダム２の
補数回路の波形およびスペクトルである。第５図
は本発明の更に別の実施例の概略的ブロツク図で
ある。第６図は第５図の回路による正弦波信号の
ランダム変更の波形およびスペクトルプロツトで
ある。第７図は本発明の更に別の実施例の概略的
ブロツク図である。第８図は第７図の方法で変更
された正弦波信号の波形およびスペクトルプロツ
トである。 第１図において、１４は鍵盤スイツチ検出・割
当回路、１５は主クロツク、１６は実行制御回
路、１１は音響システム、２４は正弦波関数表、
３０は乗算器、２７は高調波係数メモリ、３３は
加算器、３４は主レジスタ、３７は音調クロツ
ク、３５は音調シフトレジスタ、２０１はランダ
ム２進信号発生器、２０２は右シフト回路、４７
はＤ−Ａ変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 楽音波形を規定する点の振幅をあらわすデジ
   タル値の主データリストが、発生する楽音のピツ
   チに比例する速度でＤ−Ａ変換器へ転送される電
   子楽音シンセサイザにおいて、 ランダム信号発生器と、 上記デジタル値のうちの選択された値が主デー
   タリストからＤ−Ａ変換器へ転送されるときそれ
   らの値を変更するための手段と、 ランダム信号発生器の状態に応答し、上記デジ
   タル値を変更するための手段を選択的に作動又は
   禁止し、それによつて上記デジタル値のうちの選
   択された値のみが無作為的に変更される手段と、
   を具備することを特徴とする楽音にノイズを重畳
   するための装置。 ２ 上記デジタル値を変更する手段は、デジタル
   値を数字的に少なくとも１つの桁だけ右へシフト
   するための右シフト回路を具える前記特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ３ 上記デジタル値を変更する手段は、デジタル
   値の２の補数を発生させるための２の補数回路を
   具える特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 上記デジタル値を変更する手段は、主データ
   リスト中の値が変換器へ転送される転送時間を遅
   延させる手段を具える特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 ５ 楽音波形を規定する点の振幅をあらわすデジ
   タル値の主データリストが、発生される楽音のピ
   ツチに比例する速度でＤ−Ａ変換器へ転送される
   電子楽音シンセサイザにおいて、 主データリストを記憶するためのメモリと、 メモリの出力を受信するシフトレジスタと、 発生される楽音のピツチに比例する前記速度で
   前記メモリをアクセスするためのクロツクパルス
   を発生するクロツク手段と、 前記シフトレジスタをシフトさせるクロツク手
   段と、 主データリストメモリ中の複数の記憶場所のう
   ちのどれか１つから各クロツクパルスによつてシ
   フトレジスタへデータを選択的に転送するための
   ランダムアドレス発生手段とからなる、楽音にノ
   イズを重畳するための装置。